地源热泵是一种热量提升装置,正如人们见到的自然现象——水由高处流向低处一样,热量也总是从高温物体向低温物体传递。可以将水从低处提升到高处,采用热泵技术可以将热量从低温环境提升到高温环境。地源热泵不仅可以用于冬季采暖,也可以用于夏季制冷空调和全年提供生活热水,实现一机多用。实践证明,以地下水、土壤、地表水等作为热泵夏季制冷的冷却源、冬季采暖供热的低温热源,替代传统的制冷机+锅炉的建筑物空调、采暖模式,是改善城市大气环境、节约能源的一条有效途径,也是我国地温能利用一个新的发展方向。
地球浅表层(10m~400m)是一个巨大的恒温体系,温度几乎不受环境气候变化的影响,如北京地区年平均温度为13-15℃,其能量的来源主要是太阳光及其转化的热能,因此,地温能也是一种洁净的可再生能源,在利用时,不象化石燃料向环境排放大量的燃烧产物,如CO2、SO2、NOx、粉尘等,对环境造成严重的污染,引起温室效应、酸雨、土地沙漠化等灾害,也严重影响了人们的身心健康。因此,开发利用清洁无污染的地温能已是社会发展的必然趋势。
目前市场上绝大多数热泵采用的是R22制冷剂,因该类热泵的工作范围:蒸发器进水不超过20度,冷凝器出水不超过55度。这是因为R22压缩机的能承受的最高蒸发温度12度(如果蒸发器进水20度则蒸发器出水16度,那么按照过热度4度考虑则蒸发温度12度,达到压缩机允许的极限);压缩机最大承受压力24公斤,(R22在60度冷凝温度下冷凝压力即达到24公斤)因此,我们把采用R22制冷剂的,蒸发器进水极限20度,冷凝器制热出水温度极限为55度的热泵,称之为普通热泵或者常温热泵。
高温地源热泵的“高温”是相对于目前占市场主导地位的最高热水出水温度在55℃以下的地源热泵产品而言。一般而言,高温热泵是指制热出水温度能够达到80度以上的热泵,而对制热出水温度达到65度的热泵称为中温热泵或者中高温热泵。在地(水)源温度10-15℃时,供热温度在60℃以上的产品,其正常运行出水温度范围在62-72℃,可以满足所有的中央空调和生活热水系统的水温要求。虽然在供热出水温度上只有十几度的提高,但对于热泵技术来说却是一个极大的突破,一般的地源热泵机组在该工况下,性能会极大衰减甚至无法正常运行。
欧洲的高温热泵改进离心压缩机的性能,采用R134a制冷剂,三级离心压缩模式,制热出水温度可以达到85度。日本在1980年代开展了超级热泵计划,开发出4类热泵,其中有利用45度余热水,出水温度85的高温热泵,以及利用80度余热水,产出150度蒸汽的超高温热泵。
商用和民用热泵技术在国外已相当普及,以其高效、节能、环保、利用可再生资源等众多优势在近几年得到了迅速的发展。目前市场上的热泵设备主要以风冷热泵和常温地源热泵为主,热泵的输出温度低于55℃,主要以R22为工质,其主要缺点是出水温度低,受到地区性和项目特性的限制,使用范围不广,高温热泵技术在这方面取得了一定的突破,肯富来水泵厂调查发现其主要表现在于:
1、水泵输出热水温度高:最高输出热水温度为75℃。我国目前正在对城市燃煤采暖系统进行改造,为了适应原采暖系统的室内末端设备,必须有较高的热水温度,高温热泵就具有这一特性;
2、运行费用低。采用高温热泵采暖系统,一个冬季供暖费(4个月)13.2元/平方米,接近燃煤采暖费用,比燃油(气)采暖费用低约40%。
3、采用专用制冷剂,对环境没有污染,绿色环保。
4、一机多用,可满足不同用户的空调、采暖、制备生活热水的要求。
高温热回收型地源热泵机组属于空调设备领域,综合利用了地源热泵技术和高效热回收技术。该热泵空调循环系统系统包括用铜管依次连接的压缩机、油分、电磁阀、四通阀、冷凝器、单向阀、热力膨胀阀、蒸发器和气液分离器,还包括高效热回收换热器,其与电子膨胀阀相连,连接于高压恒压装置与四通阀在之间,用于回收空调冷凝废热,从而减少了制热成本,提高了能效比,具有节能、环保、安全等优点。
如今随着各科研单位对地源热泵研究力度的深入和大量新技术的不断涌现,高温地源热泵技术将不断发展,其运行效率、出水温度、应用范围将会不断的改进,满足各种方面的空调供热需求。在不久的将来,在地源热泵市场上将会有越来越多的产品供供热空调设计师和用户选择。
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